田奕　張勇　鄭金艷

摘 要：萬(wàn)能工具顯微鏡用途很廣，它以影像法軸切法、接觸法和干涉法按平面直角坐標(biāo)，極坐標(biāo)及圓柱坐標(biāo)精確地測(cè)量長(zhǎng)度和角度，并可檢驗(yàn)復(fù)雜的幾何形狀，是常用的一種光學(xué)計(jì)量?jī)x器。通過(guò)文章對(duì)工具顯微鏡的測(cè)量技術(shù)作一簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)鍵詞：萬(wàn)能工具顯微鏡；測(cè)量方法；瞄準(zhǔn)

引言

萬(wàn)能工具顯微鏡一般是通過(guò)主顯微鏡瞄準(zhǔn)工件影像進(jìn)行測(cè)量的，它以影像法軸切法、接觸法和干涉法按平面直角坐標(biāo)，極坐標(biāo)及圓柱坐標(biāo)精確地測(cè)量長(zhǎng)度和角度，并可檢驗(yàn)復(fù)雜的幾何形狀，是常用的一種光學(xué)計(jì)量?jī)x器。其工作原理是：將測(cè)件置于照明系統(tǒng)中，通過(guò)帶有正象棱鏡的中央顯微鏡，經(jīng)物鏡放大，將影像顯于目鏡分劃板上使與目鏡分劃板上的各標(biāo)記進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位，最后借助于縱橫向讀數(shù)系統(tǒng)，確定兩次定位的坐標(biāo)位置，從而達(dá)到測(cè)量的目的。

1 儀器的正確使用及測(cè)量前的準(zhǔn)備工作

1.1 測(cè)量前檢查儀器是否處于正常工作狀態(tài)

1.2 測(cè)量方法的選擇

分析測(cè)量特點(diǎn)。運(yùn)用測(cè)量原理，選擇測(cè)量基準(zhǔn)及瞄準(zhǔn)方式，根據(jù)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量條件及測(cè)量誤差的分析而確定測(cè)量方法，以保證制造出質(zhì)量合格的零件及產(chǎn)品。測(cè)量方法還得講究效益、降低成本。

1.3 測(cè)件清洗

把測(cè)件的基準(zhǔn)和被檢的點(diǎn)、棱邊、面、孔、圓弧等上的毛刺、鐵屑及油污清洗干凈。

1.4 測(cè)件恒溫

測(cè)件和儀器應(yīng)同在20℃情況下才能進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)當(dāng)恒溫在20℃±1℃的范圍內(nèi)，否則就有誤差。溫度不同時(shí)，所引起的誤差可用下列公式計(jì)算：

△L=L〔？琢p（Tp-20）-？琢n（Tn-20）〕

式中：△L為測(cè)件與基準(zhǔn)件線膨脹系數(shù)不同且不同一溫度測(cè)量而引起的測(cè)量誤差。

？琢p和Tp為測(cè)件的線膨脹系數(shù)和溫度。

？琢n和Tn為基準(zhǔn)件的線膨脹系數(shù)和溫度。

假如測(cè)件與基準(zhǔn)件溫度相同，則公式可簡(jiǎn)化成：

△L=L（？琢p-？琢n）（T-20）

也可以根據(jù)上述公式反過(guò)來(lái)確定測(cè)件應(yīng)恒溫到什么程度。

1.5 測(cè)量需要的專用工具應(yīng)事先準(zhǔn)備好，如芯棒、量棒、刀口尺、平尺、墊鐵及各種扳手等。

1.6 選擇物鏡倍率

1.6.1 按測(cè)件制造公差的大小而選用。公差大的選用低倍物鏡；公差小的選用高倍物鏡。通常選用3倍物鏡。

1.6.2 觀察范圍大的選用低倍物鏡；觀察范圍小的選用高倍物鏡。

1.6.3 用螺紋輪廓目鏡、光學(xué)靈敏杠桿與軸切法測(cè)量時(shí)需選用3倍物鏡。

1.6.4 干涉法測(cè)量選用5倍物鏡，對(duì)于螺距大于3毫米的可選用3倍物鏡。

1.6.5 根據(jù)圓弧目鏡分劃板上所規(guī)定的物鏡倍率選用物鏡。

1.6.6 測(cè)量角度時(shí)選用物鏡倍率應(yīng)使角邊輪廓線充滿視場(chǎng)。測(cè)量螺紋時(shí)，當(dāng)螺距小于0.5毫米的，應(yīng)選用5倍物鏡。這樣才能使角邊輪廓在視場(chǎng)內(nèi)較長(zhǎng)，瞄準(zhǔn)誤差較小。螺距大于0.5毫米則應(yīng)選用3×或1×物鏡。

1.7 測(cè)件安放原則

1.7.1 安放在方工作臺(tái)或光學(xué)分度臺(tái)時(shí)，盡量做到不加墊輔助基準(zhǔn)，同時(shí)將工件盡量靠近基準(zhǔn)件（標(biāo)尺），避免增加阿貝誤差。

1.7.2 用V形支架支承的細(xì)長(zhǎng)測(cè)件，注意引起彎曲變形。為了減少其彎曲變形，則應(yīng)當(dāng)選擇白塞爾支承點(diǎn)，支承點(diǎn)到端面距離約為■L。

2 測(cè)量中的注意事項(xiàng)

讀數(shù)時(shí)不應(yīng)盲目追求位數(shù)。假如只要求0.01的精度就沒(méi)有必要作0.001的測(cè)量。不管什么精度的測(cè)量都要測(cè)量得很精密，實(shí)際上并不精確。有時(shí)還容易引起粗大誤差。

一個(gè)測(cè)點(diǎn)，必須采取三次瞄準(zhǔn)。因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)不能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，二個(gè)數(shù)只有差，三個(gè)數(shù)才有比較。

3 測(cè)量方法分類

3.1 按測(cè)量坐標(biāo)分

萬(wàn)能工具顯微鏡有四種坐標(biāo)測(cè)量。

3.1.1 直角坐標(biāo)測(cè)量：就是把儀器主體的兩個(gè)相互垂直的運(yùn)動(dòng)方向作為X和Y坐標(biāo)。要確定測(cè)件上某點(diǎn)的位置，首先要確定測(cè)件上的基準(zhǔn)坐標(biāo)，確定測(cè)件基準(zhǔn)（點(diǎn)、線、面）在儀器的坐標(biāo)位置。

3.1.2 極坐標(biāo)測(cè)量：與直角坐標(biāo)所不同的是測(cè)量一個(gè)坐標(biāo)X1或Y1；另一個(gè)是與X軸的夾角？琢這樣同樣能確定某點(diǎn)A的位置，但它必須借助于儀器的附件——光學(xué)分度臺(tái)完成。

3.1.3 圓筒坐標(biāo)測(cè)量：也叫圓柱坐標(biāo)測(cè)量。例如：某測(cè)件為圓筒，圓筒上螺旋線上的一點(diǎn)對(duì)X軸的轉(zhuǎn)角？琢及這點(diǎn)的某一個(gè)坐標(biāo)X0，同樣也能確定這一點(diǎn)的位置。這種測(cè)量也必須借助儀器的附件光學(xué)分度臺(tái)完成。

3.1.4 立體坐標(biāo)測(cè)量：在完成X，Y兩方向測(cè)量后，還得要有第三坐標(biāo)Z方向的測(cè)量（這個(gè)測(cè)量可借助測(cè)高裝置來(lái)完成），這樣就能確定某一點(diǎn)的空間位置。

3.2 按測(cè)量方法分

3.2.1 影像法：是利用中央顯微鏡的標(biāo)記，對(duì)影像進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位的測(cè)量方法。

3.2.2 軸切法：是利用中央顯微鏡的標(biāo)記，對(duì)通過(guò)測(cè)件軸心線并利用測(cè)量刀上的刻線進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位的測(cè)量方法。

3.2.3 接觸法：是利用中央顯微鏡的標(biāo)記，對(duì)和緊靠測(cè)件測(cè)量點(diǎn)、線、面的光學(xué)測(cè)孔器的測(cè)頭連在一起的雙刻線進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位的測(cè)量方法。

4 瞄準(zhǔn)

對(duì)被定位對(duì)象點(diǎn)或其它形狀曲線進(jìn)行定位的過(guò)程叫瞄準(zhǔn)。它包括調(diào)焦和壓線。

4.1 調(diào)焦

目視式光學(xué)計(jì)量?jī)x器，在測(cè)量時(shí)，必須在視場(chǎng)里能同時(shí)觀察到清晰的分劃線和測(cè)件影像。分劃線和測(cè)件影像不在同一焦面上，測(cè)量時(shí)會(huì)感到壓線非常困難，造成觀察位置的移動(dòng)，幾次讀數(shù)出現(xiàn)不同數(shù)值，從而降低了測(cè)量的精密度，使數(shù)據(jù)發(fā)散。

4.1.1 視度調(diào)節(jié)：視場(chǎng)內(nèi)觀察米字線是否清晰，若不夠清晰，可調(diào)節(jié)目鏡。使視度和測(cè)量者的視力相適應(yīng)。

4.1.2 焦距調(diào)節(jié)：移動(dòng)中央顯微鏡（粗動(dòng)或微動(dòng)），使視場(chǎng)內(nèi)的測(cè)件影像清晰。對(duì)于不同的測(cè)件，應(yīng)用不同的調(diào)焦方法進(jìn)行調(diào)整。

4.2 與瞄準(zhǔn)精度有關(guān)的因素

4.2.1 與視場(chǎng)亮度有關(guān)：視場(chǎng)亮度要適中。既不能太暗，也不宜太亮。雖然這由測(cè)量者自己決定。但必須遵守下列原則：當(dāng)光欄直徑確定后，視場(chǎng)亮度的調(diào)節(jié)，只能改變光源的電阻。亮度的調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)使線壓輪廓時(shí)，暗的（輪廓）部分要較亮，而亮的（透光）部分要較暗。

4.2.2 與壓線方式有關(guān)：用虛線壓線要比用實(shí)線壓線精度高。一般線壓線的瞄準(zhǔn)精度為10"-15"，雙線套單線的瞄準(zhǔn)精度為7"-10"。

4.2.3 與視場(chǎng)襯度有關(guān)：背景一般以淡綠色為好。

4.2.4 與光源、光欄直徑、視度和焦距的調(diào)節(jié)有關(guān)。

4.2.5 與物鏡的倍率有關(guān)，

若用1×物鏡，則總放大率為10×，瞄準(zhǔn)精度為2.5μm；

若用3×物鏡，則總放大率為30×，瞄準(zhǔn)精度為0.83μm；

若用5×物鏡，則總放大率為50×，瞄準(zhǔn)精度為0.5μm。

瞄準(zhǔn)準(zhǔn)確與否，是直接影響測(cè)量精度，所以是非常重要的。